Практическая работа № 7. Распознавание пластмасс

Определения и обозначения

Пластмасса — материал на основе полимера, которому при изготовлении придают нужную форму. В её состав могут входить красители, наполнители и другие добавки. Поэтому свойства готового изделия зависят не только от основного полимера. Это определение помогает отличать материал от чистого полимерного вещества.

Термопластичный полимер — полимер, который при нагревании размягчается, а при охлаждении снова затвердевает. Его молекулярные цепи при нагреве могут двигаться относительно друг друга. После охлаждения движение замедляется, и материал вновь становится твёрдым. Такое обратимое изменение позволяет повторно формовать термопласты.

Термореактивный полимер — полимер, который после отверждения при нагревании не плавится, а разрушается. При отверждении между его цепями образуются прочные связи, которые не дают им свободно перемещаться. Поэтому он ведёт себя иначе, чем термопласт: повторно расплавить его нельзя. Это различие учитывают при распознавании и переработке пластмасс.

Распознавание пластмасс — установление вида пластмассы по совокупности характерных физических и химических признаков. К ним могут относиться плотность, поведение при нагревании и другие наблюдения. Один признак редко даёт однозначный ответ. Определение нужно, чтобы обоснованно отнести образец к наиболее вероятному материалу.

Как это устроено

Внешний вид сам по себе ненадёжен, потому что производитель может придавать материалу разный цвет и форму. Для этого используют красители, наполнители и обработку поверхности. Кроме того, изделия из разных полимеров могут быть похожими на глаз. Значит, внешний вид помогает описать образец, но не доказывает его состав.

Поведение при нагревании связано со строением полимера. У термопластов цепи могут перемещаться друг относительно друга, когда нагрев усиливает их движение; при охлаждении подвижность уменьшается, и материал твердеет. У отверждённых термореактивных пластмасс цепи соединены прочной пространственной сеткой. Она не позволяет материалу перейти в расплав, поэтому при дальнейшем нагреве он разрушается.

Плавание или погружение связано с плотностью образца и воды. Если средняя плотность образца меньше плотности воды, вода выталкивает его вверх, и он обычно плавает; если больше — образец тонет. На результат могут влиять полости, форма и добавки в изделии. Поэтому наблюдение помогает сравнить плотность, но не устанавливает конкретный полимер.

Контролируемый нагрев или горение может дополнить сведения о плотности и других свойствах: наблюдают, размягчается ли материал и что происходит с образцом. Эти пробы способны выделять вредные продукты разложения, поэтому их выполняют только по инструкции учителя, в предусмотренных условиях и не вдыхают выделения. Нельзя самостоятельно поджигать пластик или определять его по запаху. Если безопасное проведение опыта не обеспечено, такой признак не проверяют.

Вывод делают по нескольким признакам, потому что одно и то же наблюдение может быть характерно для разных материалов. Например, плавание говорит о плотности относительно воды, но не различает все полимеры с меньшей плотностью. Сравнивают каждое наблюдение с данными таблицы и проверяют, согласуются ли признаки между собой. Если данных мало или они противоречат друг другу, вывод формулируют как предварительный.

Признаки для распознавания распространённых пластмасс

Сначала зафиксируйте наблюдения для каждого образца, не называя материал заранее. Затем сопоставьте их с несколькими строками таблицы и отметьте, какие признаки совпадают. Если совпадение неполное, укажите ограничение и не выдавайте предположение за точное определение.

Разбор задач

Задача 1

Два небольших образца помещают в воду. Один плавает, другой тонет. Определите, какой вывод можно сделать о плотности каждого образца относительно воды. Нужно разделить наблюдение и предположение о составе: опыт показывает отношение плотностей, а не название полимера.

1. Для плавающего образца фиксируем, что его средняя плотность меньше плотности воды либо близка к ней настолько, что образец удерживается на поверхности.
2. Для тонущего образца делаем вывод, что его средняя плотность больше плотности воды.
3. Не выбираем полимер только по этому результату: разные пластмассы могут иметь сходную плотность, а полости или добавки меняют поведение изделия.

Ответ: плотность плавающего образца обычно меньше плотности воды, а тонущего — больше. Точный вид пластмассы по одному этому опыту установить нельзя.

Задача 2

Образец размягчается при нагревании и снова твердеет после охлаждения. К какому типу полимеров его предварительно относят? Слово «предварительно» важно: наблюдение позволяет выдвинуть обоснованное предположение, но само по себе не подтверждает состав изделия. Также нельзя путать размягчение с полным плавлением.

1. Отмечаем, что изменение обратимое: нагретый материал стал мягче, а после охлаждения вновь затвердел.
2. Сравниваем это поведение с определениями: термопласты размягчаются при нагревании и твердеют при охлаждении.
3. Формулируем вывод как предположение о термопластичном полимере, не распространяя его без проверки на все компоненты образца.

Ответ: образец предварительно относят к термопластам. Для более уверенного определения нужны другие признаки и сопоставление с таблицей.

Задача 3

Для неизвестного образца получены данные о поведении в воде и при нагревании. Сопоставьте их с таблицей, выберите наиболее вероятную пластмассу и укажите, каких данных не хватает для уверенного вывода. Поскольку в условии не названы конкретные результаты, единственного названия сейчас получить нельзя. Решение показывает порядок рассуждения для любых записанных наблюдений.

1. Записываем оба результата отдельно: плавает образец или тонет; размягчается ли он при разрешённом контролируемом нагревании.
2. Ищем в таблице материалы, которым соответствуют оба признака. Например, сочетание «плавает, размягчается» согласуется с ПЭ или ПП, поэтому между ними вода и нагрев не всегда помогают выбрать.
3. Проверяем ограничения: изделие может содержать добавки или полости, а опасную пробу нельзя проводить без инструкции учителя.
4. Указываем, какие сведения нужны: дополнительные безопасные признаки, точное описание изменений и, если предусмотрено работой, результат других разрешённых опытов.

Ответ: наиболее вероятный материал выбирают только после подстановки фактических наблюдений и сравнения нескольких признаков. Если таблица оставляет несколько подходящих вариантов, вывод считают предварительным и указывают недостающие данные.

Типичные ошибки

Ошибка — определять пластмассу только по цвету или внешнему виду. Так поступают, потому что знакомые изделия часто связывают с определённым материалом. Но цвет зависит от красителей, а форму и поверхность меняют при производстве. Проверьте себя: можете ли вы подтвердить догадку независимыми признаками?

Ошибка — считать, что один тест однозначно устанавливает состав. Так кажется, когда результат выглядит наглядным: например, образец явно тонет. Однако разные полимеры могут совпадать по отдельным свойствам. Сверьте с таблицей не один результат, а всю совокупность наблюдений.

Ошибка — путать размягчение с плавлением или считать, что любой полимер ведёт себя одинаково. Эти явления легко смешать, если описывать опыт только словами «стал мягким». Термопласты размягчаются и твердеют при охлаждении, а отверждённые термореактивные материалы не переходят в расплав. Для самопроверки точно запишите, что произошло при нагревании и после охлаждения.

Ошибка — нагревать образец или оценивать его запах без разрешения. Иногда считают, что небольшого кусочка достаточно для безопасной пробы, но продукты разложения могут быть вредны. Нельзя самостоятельно нагревать или поджигать неизвестную пластмассу и нельзя вдыхать выделения. Проверяйте себя просто: опыт разрешил и объяснил учитель? Если нет, пробу не проводят.

Связь с другими темами

Для этой работы нужно знать, что такое полимер и мономер: мономеры соединяются в длинные полимерные цепи, а свойства материала связаны с составом и строением. Поэтому наблюдения при нагревании объясняются не только внешним видом изделия, но и тем, как устроены его макромолекулы. Навык распознавания пригодится при изучении применения полимеров, способов их переработки и экологических проблем пластиковых отходов. Понимание состава помогает обсуждать, почему разные материалы требуют разного обращения.

Что запомнить

• Внешний вид образца не позволяет надёжно установить вид пластмассы.
• Термопласты при нагревании размягчаются, а при охлаждении снова твердеют.
• Отверждённые термореактивные пластмассы при нагревании не переходят в расплав.
• Плавание или погружение образца показывает его плотность относительно воды.
• Для распознавания используют несколько признаков и сопоставляют их с таблицей.
• Нагревание и другие потенциально опасные пробы проводят только по инструкции учителя.